Генератор медленных циклотронных волн

"Со 11 е спите78, р,Саче зажгу ЛОТРО вателк ВЧ- нанси щеннь метри хожде .чаю а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Иванов Б.И ГорМирошниченко В,А. ПисьмаУ 18, с, 1112, 1979.2. Л.К. 081 пш, Н.А, РР.Е. Назгул, Т.Р. Ягаг 1 сеМеропа ог Ассе 1 егагхопой Са 1 Ыогпха, 1 гч 1 пе 19(прототип). 57) 1. ГЕНЕРАТОР МЕДЛЕННЫХ ЦИКННЫХ ВОЛН, содержащиий последоьно расположенные подключенный генератору возбудитель и резоую замедляющую структуру, помее в металлический кожух и симчно окружающие канал для прония электронного пучка, о т л ищ и й с я тем, что, с целью ЯО 8952 повышения КПД устройства, возбудитель выполнен в виде расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, при этом рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось канала для прохождения электронного пучка.2.,Генератор по п. 1, о т л ич а ющ и й с я тем, что резонансная замедляющая структура выполнена из периодически повторяющихся .расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось для прохождения электронного пучка, при этом рамки соседних колец соединены между собой расположенными вне металлического кожух линиями связи, а период структуры вдвое больше продольного размера рамок.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в авторезонансном ускорителе ионов на медленной циклотронной волнеИзвестен генератор медленных цикло тронных волн, содержащий резонансную замедляющую структуру спирального рипа, подключенную к ВЧ-генератору, помещенную в металлический кожух и симметрично окружающую канал для 1 О ,прохожденияэлектронного пучка 11.Недостатком известного устройства является его низкий КПД, что обуслов.лено слабым взаимодействием полей циклотронной волны электронного пучка 15 с токами, текущими по спирали.Наиболее близким к изобретению является генератор медленных циклотронных волн, содержащий последовательно расположенные подключенный 20 к ВЧ-генератору возбудитель и резонансную замедляющую структуру, помещенные в металлический кожух и симметрично окружающие канал для прохождения электронного пучка, Возбу дителем служит отрезок спирали, а в качестве резонансной замедляющей структуры также использована спираль 2 1. Недостатком известного генератора30 является низкий КПД, что обусловлено слабым взаимодействием полей циклотронной волны пучка с токами, текущими по спирали. Следствие этого - неэффективный расход ВЧ-мощности при начальном возбуждении и относительно малый инкремент нарастания волны в спиральной структуре. Электрическое поле циклотронной волны на радиусах, больших радиусов пучка, имеет в основном радиальную и продольную составляющие, а азимутальная компонента мала, Токи же, текущие.по спирали, имеют в основном азимутальную составляющую и неэффективно взаимодействуют с полем циклотронной волны.Цель изобретения - повышение. КПД генератора.Поставленная цель достигается тем,50 что в генераторе медленных циклотронных волн, содержащем последовательно расположенные подключенный к ВЧ-генератору возбудитель и резонансную замедляющую структуру, помещенные в металлический кожух и симметрично окружающие канал для прохождения электронного пучка, возбудитель выполнен в виде расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером вполовину длины циклотронной волны,при этом рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящихчерез ось канала для прохождения электронного пучка. Поставленная цель достигается тем, что резонансная замедляющая структура выполнена из периодически повторяющихся расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось канала для прохождения электронного пучка, при этом рамки соседних колец соединены между собой расположенными вне металлического кожуха линиями связи, а период структуры вдвое больше продольного размера рамок.На фиг. 1 изображен генератор, разрез по оси симметрии возбудителя; на фиг. 2 - возбудитель, разрез вдоль оси симметрии; на фиг, 3 - резонансная замедляющая структура, разрез вдоль оси симметрии.Устройство состоит из металлического кожуха 1 и помещенных в нем последовательно расположенных возбудите ля и резонансной структуры. Возбудитель выполнен в виде пояса плоских рамок 2 с продольным размером в поло-, вину длины волны рабочего колебания.Пояс содержит сравнительно большое число рамок 28-10), симметрично окружающих канал 3 для прохождения электронного пучка. Рамки возбудителя через линии 4 подвода ВЧ-мощности подключены к ВЧ-генератору. Рамки 2 могут быть сделаны прямоугольными. Резонансная замедляющая структура выполнена иэ периодически повторяющихся поясов плоских радиально ориентированных рамок 2 с продольным размером в половину волны рабочего колебания, Период структуры вдвое больше продольного размера рамок. Электрического контакта с металлическим кожухом 1 рамки 2 не имеют. Рамки соседних поясов соединены между собой линиями 5 связи, проходящими вне металлического кожуха 1. В качестве линий 4 подвода ВЧ-мощности и линий 5 связи могут быть использованы коаксиальные кабели.3 8952Генератор работает следующим образом.Рамки возбудителя подключаются к ВЧ-генератору так, чтобы токи, текущие по ним, были синфазны. По оси системы от возбудителя к резонансной структуре в канале 3 проходит электронный пучок, фокусируемый продольным магнитным полем. Рабочие токи, текущие по рамкам возбудителя в продольном и радиальных направлениях, возбуждают в электронном пучке циклотронную волну относительно небольшой амплитуды. Поскольку продольный размер рамки выбран равным половине длины циклотронной волны, радиальные токи, текущие по рамке 2 в противоположных направлениях, работают водной фазе. Частота возбуждаемой волны равна частоте ВЧ-генератора, а длина волны определяется внешним продольным магнитным полем, поэтому соответствующим выбором частоты ВЧ-генератора при заданном внешнем магнитном поле фазовая скорость возбуждае мой волны может быть сделана достаточно малой. Установив в поясе возбудителя большое количество рамок 2 (8-10), симметрично расположив их вокруг канала для прохождения электронного пучка и запитает их синфазно, можно добиться преимущественно возбуждения азимутально симметричной циклотронной волны по сравнению с первыми несимметричными модами - наиболее опасными паразитными модами в такой системе. Для усиления взаимо" действия полей циклотронной волны с токами, текущими по рамкам, рамки 2, должны как можно ближе подходить к40 ,пучку, но так чтобы пучок не касался их, Пройдя возбудитель, волна движется по электронному пучку и попадает в зону усиления. Здесь она взаимодействует с собственной волной45 резонансной структуры. Длина линий 5 71 4связи между рамками 2 соседних пЬясовдолжна быть такой, чтобы бегущая собственная волна замедляющей структурыимела достаточно малую фаэовую скорость. При совпадении фазовых скоростей циклотронной волны и собственной волны резонансной структуры ихвзаимодействие оказывается резонансно неустойчивым, и амплитуды обеихволн экспоненциально нарастают подлине участка усиления. Подобрав нужное число поясов рамок в резонанснойструктуре, на ее выходе можно получить циклатранную волну требуемойамплитуды. Выбор периода структуры вдвое большим продольного размера рамок 2, т,е.равным длине циклотронной волны, обеспечивает резонансный характер работызамедляющей структуры.Преимущество данного генератораперед прототипом обусловлено тем,что в нем повышен КПД за счет усиле.ния взаимодействия между полем медленной циклотронной волны и токамив возбудителе и резонансной структуре. Это дает возможность снизить уровень потребления ВЧ-мощности на этапе начального возбуждения волны исократить длину резонансной структуры за счет большей, чем в прототипе инкременте нарастания волны, Отсутствие азииутальных токов в возбудителе позволяет снизить амплитудывозбуждаемых несимметричных гармоникпо сравнению с гармониками, возбуждаемыми в спирали. Кроме того, вынесение линий связи за пределы металлического кожуха позволяет менятьпараметры резонансной структуры (например, удлиняя или укорачивая.линии связи, вставляя ферритовые вентили для эффективного гашения обратной волны и т,д,) без вскрытия кожуха и разгерметизации системы,895271 оставитель В, Краснопольскийехред Л.Мартяшова Корректор Титова Редакт екм з 9132/ 113 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 782 НИИПИ Государственного комитео делам изобретений и откры 5, Москва, Ж, Раушская н Подписно а СССР ий б., д. 4/5